一種基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法

2023-06-17 23:53:46 3

專利名稱：一種基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法
技術領域：
本發明涉及一種基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法。 技術背景城市汙泥是城市河流汙染治理的一個難題，也是汙水處理廠面臨的一個急需解決的困難。 在城市汙泥的處理方面，有很多研究，但是大多停留在理論層面。目前國內外常見的汙 泥處置方法有土地填埋、焚燒處理和土地利用等，但它們都存在難以克服的缺陷。土地填 埋始於上個世紀60年代，需要大面積的場地和大量的運輸費用，且地基需做防滲處理以免汙 染地下水，故近年來汙泥填埋處置所佔比例越來越小。汙泥焚燒最大優點是可以迅速和較大 程度地使汙泥減容，並且在惡劣的天氣條件下不需存儲設備，能夠滿足越來越嚴格的環境要 求和充分地處理不適宜於資源化利用的部分汙泥。但是，汙泥焚燒所需的基建投資和運行費 用較高，並且焚燒會產生一定的煙塵，汙染大氣。土地利用可以使汙泥中的有機物重新進入 自然環境，能利用汙泥中含有豐富的各種微量元素Ca、 Mg、 Cu、 Fe等，能夠改良土壤結構、 增加土壤肥力、促進作物的生長。但是汙泥中也含有大量病原菌、寄生蟲卵)以及鉻、汞等重 金屬和多氯聯苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物質，會汙染周圍環境。總體來 說，目前對於城市汙泥處置缺乏穩定、安全與經濟有效的資源化技術。從汙泥成分看，其有機物、氮、磷等的含量均高於一般農家廄肥，還含有鉀及其它微量 元素。汙泥的不規範處置不僅會造成周圍環境汙染，破環生態平衡，還會造成資源的白白浪 費。因此，尋找一種髙效、安全、穩定、實用的資源化處置途徑是解決城市汙泥處置問題的 必然出路。另一方面，隨著人們對環境要求的提高，城市美化，環境綠化，運動場建設等都需要大面 積的綠地，對草坪的需求也越來越大。我國草坪業起步較晚，20世紀90年代才開始快步發 展，主要採用傳統的草皮生產方法即有土草坪為主。然而隨著草坪需求量的增加，人們對土 地的傷害也越來越嚴重。在有土草坪生產中，草坪起草時必須攜帶5-7 cm的土壤，以保護 草根，而土地可耕作層只有20-30釐米，如果草坪1次剝離土 35kg/m2，厚度3-5cm ，剝離 4-6次，即使最肥沃的有機質層也會被剝離乾淨，造成土壤肥力衰竭。此外，用傳統方式生 產草坪，還需要大量用水。草坪從播種到起草坪需用10-15噸/m2水，消耗大量水資源。目前 國內與草坪經營有關的企業有5000多家，其中絕大部分採用有土種植模式，其造成的負面結果之大是可想而知的。有土種植模式越來越不能適應時代的需要。無土草毯種植縮短了草皮生產周期，提高了土地利用率，有利大面積繁殖和推廣；生產 過程簡便，操作技術容易推廣，運輸方便，鋪栽容易，隨鋪隨成型。三是草毯質量好，綠化 效果佳，有更好的社會效益和經濟效益。草坪種植的基質非常重要，基質為草坪生產提供草種生根發芽、生長至草毯的基礎材料。 因此，基質的好壞直接影響無土草坪生長速率和草坪質量。培養基質選擇要求的原則為1)蓄 水蓄肥能力強；2)質輕；3)取才方便，成本低，這樣既有利於草種的生長又降低草坪的成 本。目前，培養基質主要有2種①有機基質，包括鋸末、草屑、稻殼、棉籽殼等。其特點 是含有大量有機質，能為草坪持久提供有機質營養，缺點是透氣性差，質輕而不利於草坪固 著。②無機基質，包括蛭石、珍珠巖、沙、卵石、爐渣等。其特點是透性好，但蓄水蓄肥能 力較差。目前我國無土草毯栽培的基質多用泥炭再混配一些蛭石、珍珠巖等而成的，不能再生的泥炭大多分布在偏遠的林地，資源有限，運輸困難，價格較高，南京地區每立方米高達300 元以上。蛭石、珍珠巖多用於建材行業，價格昂貴而難以大面積推廣。同時，Kutter教授(1998)研究發現純泥炭基質可以誘發植物多種病害。Paul教授等(2003)研究也發現純泥炭作基質的 植物萎蔫病和根黴病的發病率較高。因而基質栽培的推廣和園林植物的工廠化栽培亟需一種優質廉價的新型基質。我們研究發現，汙泥作為有機廢棄物一個部分，其堆肥結構疏鬆，性質穩定，無病原物汙 染，含有豐富的氮、磷等大量元素和微量元素鐵、錳、銅、鋅等，用作有機栽培基質不僅能 保證植物生長期的營養需求，而且微量元素對植物生長具有一定的促進作用。國內的一些研 究也表明，汙泥堆肥用作園林植物基質，可提高苗木質量，降低培育成本，促進苗木生長。 因而，利用汙泥堆肥開發無土草毯培養基質具有市場潛力。目前也在這一方面開展了一些研 究工作，但是尚未進入實際應用階段。發明內容本發明的目的是提供一種高效、低成本、環保的基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法。 本發明方法包括以下步驟-1、汙泥堆肥化。以汙泥為原料，加入蓬鬆劑，採用強制間歇通風堆肥技術，利用內源微 生物發酵作用產生的高溫來殺滅病原菌，並實現有機物的穩定化、原位除臭和生物乾燥。目 的是得到腐熟的汙泥堆肥，為無土草毯生產提供培養基質蓬鬆劑為木屑與秸稈，汙泥、木屑、稻草混勻後使用。 汙泥裝堆後在表面覆蓋塑料薄膜，採用間隙強制通風法向汙泥堆體供氧。 高溫階段可維持6-10天。對汙泥腐熟率評價，採用種子發芽指數(GI)等作為汙泥腐熟的評價指標。表徵汙泥堆肥 化完成的最實用的判斷指標為當61>50%而且堆肥通過至少1周的高溫期，可認為堆肥已經達到腐熟。而這種熟化的汙泥已經完全滿足草毯的生產。2、無土草毯建植。以汙泥堆肥為培養基質，無紡布為支撐載體，播撒草種，培育無土草毯。堆肥腐熟後，粉碎、過篩得到粉碎物作為基質。將無紡布均勻平整放置，均勻鋪上上述基 質，播撒草種，採用相同基質覆蓋，厚度為2釐米左右。每天噴水1-2次，始終保持基質溼 潤。草種成長後即成為無土草毯。本發明的優點是1) 通過廢物資源效益化，推動環境治理。實現廢棄物的資源高效利用，符合循環經濟的 理念與節能減排的要求。2) 應用範圍廣、價值大。新型無土草毯材料輕，可以取代傳統草皮進行地面綠化，同 時也可以作為橋梁、建築的外皮懸掛，還可以鋪到房頂做綠化。3) 管理方便、節約資源。作為基質的堆肥汙泥中富含有機質，管理中不用為新型無土草 毯施肥；有機質還具有蓄水功能，日常降水可以大量儲存，並且水汽可以大量凝結，因而很 少需要澆水，節約水資源；因為堆肥過程中蟲卵被殺死，幾乎沒有病蟲害，不太需要噴灑農 藥。


圖1是本發明實施例操作流程2是本發明實施例汙泥堆肥前後評價指標變化3是本發明實施例堆肥堆制過程中種子發芽指數變化圖具體實施方式
下面通過具體實施方式
對本發明內容做進一步說明堆制場地為混凝土結構，場地上方設有塑料薄膜防雨頂棚。地面鋪設"豐"字型PVC通風管，通風管四周開有小孔。通風管一端密封， 一端與鼓風機相連。本實施例採用的供試汙泥為廣州市獵德汙水處理廠的消化脫水汙泥，蓬鬆劑為木屑與秸 稈，汙泥、木屑、稻草按1:0.8:0.2比例混勻後，控制水分在60%左右(最直觀的判斷是"手 緊握堆肥物料，有水跡出現，但水珠不滴出"為度)，裝堆並在表面覆蓋塑料薄膜。採用間隙 強制通風法向汙泥堆體供氧，通風頻率為0.50mV(噸.min)，每隔3小時通風30min。本實施例操作流程請參照圖1。 一、堆肥過程監測採樣方法堆肥剛一裝堆，即採樣一次，以後定時定點採樣，採樣方法為每堆在不同部 位採集多點樣品，然後充分混勻組成三個混合樣品。在肥堆40釐米處插有溫度計，每天定時 觀測肥堆溫度，同時記錄環境溫度。採回的鮮樣過5目篩後貯於4X:冰箱中，pH等項目即採 即用，其餘用風乾後磨細過篩測定。1、 pH值測定稱取25克(可用特製的小匙量取)土壤樣品，置於60毫升燒杯中，用量筒加26毫升1N 氯化鉀溶液，放在磁力攪拌器上攪動5分鐘，使土體充分散開，放置半小時到l小時使其澄清，此時應避免空氣中有氨或揮發性酸，然後將ra玻璃電極的球泡插到下部懸濁液中，並在懸濁液中輕輕搖動，以去除玻璃表面的水膜，使電極電位達到平衡，測得的數值即為PH值。2、 揮發性固體(VSS)含量測定把在105'C烘乾至恆重的堆肥在馬弗爐中灼燒，溫度為55(TC時所失去的重量，即為汙 泥中的揮發性固體。3、 有機質含量測定稱取通過0.149腿(IOO目)篩孔的風乾土樣1克(精確到0. 0001克)，放入50虯高型 燒杯中，加入3.0mL水充分將土樣搖散，加入10.00mLK2Cr207)標準溶液、然後加入濃H2S04 10 mL，充分搖勻，廳房20分鐘，加10mL水，搖勻，靜置或過夜，吸取上清液15. OmL，於50mL容量瓶中定容，以空白試劑調零，590nm比色。4、 總含氮量測定開氏消煮法測定。稱取風乾土樣(0.25誦)約1.000克，放入乾燥的50 mL開氏瓶中， 加入1. 1克硫酸鉀-硫酸銅-硒的混合試劑，注入3mL的濃硫酸，搖勻，蓋上小漏鬥，電爐上 徐徐煮沸。待消煮液完全變為灰白稍帶綠色時，再繼續消煮1小時。呈白色時，冷卻。用半 微量滴定法測定測定消煮液中氨的濃度。5、 水溶性碳、氮含量測定按水物料比10:1浸提堆肥鮮樣，在160轉/分鐘水平振蕩機上振蕩16個小時後，在8000轉/分鐘離心機上低溫(4。C)離心30分鐘，上清液過0.45微米濾膜，濾液分別用TOC測 定儀(TOC-5000A，島津)測水溶性有機碳，NH4-N採用靛酚藍比色法測定，NO:「N採用重氮化 偶合比色法測定。6、 含磷量測定採用碳酸鈉熔融法測定。稱取通過100目篩的烘乾土樣品(精確到0.0001克)置於鉬 坩堝中，另外稱取研細的無水％20)3 2克，將其中的1.8克小心地用平頭玻璃棒與樣品充分 攪拌混勻，其餘的鋪於混合物表面，並輕輕敲動坩堝，鋪平。將坩堝放入高溫電爐中，升溫 至900-920°C。 C熔融，。取出熔塊，放入100mL高型燒杯中，蓋上表面皿，小心地加入約 10 mL 6摩爾/升1/2 H2S04溶解熔塊，並用熱水洗淨坩堝。將燒杯中的內容物洗入100 mL容 量瓶中，用熱水及帶橡皮帚的玻璃棒將燒杯洗淨，洗滌液均倒入上述容量瓶中，冷卻後定容， 用乾燥漏鬥及無磷濾紙過濾於三角瓶中。吸取濾液5-10mL (含5-25微克P)於50 mL容量 瓶中加水稀釋至約30 mL，用鉬銻抗比色法測定磷量。7、 有效磷含量測定採用碳酸氫鈉法測定。稱取通過0. 149毫米孔徑篩的風乾樣品5克 (精確到0. 01克) 於200mL三角瓶中，力卩100mL0.5摩/升碳酸氫鈉溶液，再加一角勺無磷活性炭，塞緊瓶塞， 在振蕩機上振蕩30分鐘，立即用無磷濾紙過濾，濾液承接於100mL三角瓶中。吸取濾液IO mL(含磷量高時吸取2. 5-5 mL，同時應補加0. 5摩/升碳酸氫鈉溶液至10mL)於50 mL量瓶中， 加鉬銻抗混合顯色劑5 mL，利用其中多餘的硫酸來中和碳酸氫鈉，充分搖勻，排出二氧化碳 後加水定容至刻度，再充分搖勻。30分鐘後在光電比色計上用紅色濾光板比色，或用721型 分光光度計比色(波長660納米)，比色時須同時做空白測定。8、 含鉀量測定採用氫氟酸-高氯酸法測定。稱取通過0. 149毫米孔徑篩的風乾土 0. 1 g，精確到0. 0001 克，盛入鉑塔渦或聚四氟乙烯柑渦中，加硝酸3mL，高氯酸0.5 mL.置於電熱沙浴或鋪有石 棉布的電熱板上，於通風廚中加熱至硝酸被趕盡。部分高氯酸分解出現大量的白煙，樣品成 糊狀時，取下冷卻。用塑料移液管加氫氟酸5 mL,再加高氯酸0.5mL，置於200-225。C沙浴 上加熱使矽酸鹽等礦物分解後，繼續加熱至剩餘的氫氟酸和高氯酸被趕盡。停止冒白煙時， 取下冷卻。加3摩/升鹽酸溶液10 mL，繼續加熱至殘渣溶解。取下冷卻，加2%硼酸溶液2 mU 用去離子水定量轉入IOO niL容量瓶中，定容，混勻。此為土壤消解液。若殘渣溶解不完全， 應將溶液蒸乾，再加氫氟酸3.5mL，高氯酸0.5mL，繼續消解同時按上述方法製備試劑空白 溶液。10、種子發芽指數測定鮮樣按水物料比=1: 2浸提，160轉/分鐘振蕩1小時後過濾，吸取5mL濾液於鋪有濾 紙的培養皿中，濾紙上放置10顆水^種子，25X下暗中培養24小時後，測定種子的發芽率 及其根長，同時用去離子水做空白對照。經上述檢測得到堆肥汙泥性質如下表l供試汙泥理化性質參數單位濃度揮發性固體mg kg -121087pH6. 36總碳mg kg—1342305總氮mg kg—133860總磷mg kg-110056NH/-Nmg kg一1244PO/+—Pmg kg—13553總糖mg kg一161258蛋白質mg kg—1210142粗脂肪mg kg-'80522在堆肥過程中繼續對上述理化性質進行監測，以確定堆肥腐熟的判斷標準。 二、汙泥堆肥前後評價指標變化Inbar等(1990)有報導碳氮比(C/N)從最初的25以上降低到20以下，就表示堆肥已經達 到穩定的程度。Jimenz (1998)認為C/N比在10-12之間可作為堆肥有機質已分解且具有穩定 的有機質參數。從監測的數值變化來看，汙泥與木屑等蓬鬆劑通過高溫耗氧堆肥後，C/N有 一定程度的下降，由初始的25下降到堆肥後的10: 1，完全符合堆肥腐熟的標準。Chanyasak等(2001)研究認為有機碳與有機氮(C/N-org)比值比C/N比值在評估堆肥腐熟 度上更具有參考價值。因而用C/N-org比值來表徵汙泥堆肥的腐熟具有一定的適用性。 Veerapan等人(1998)對不同原材料堆肥的化學成分研究表明，在不同原材料及堆肥條件下， 堆肥水浸提液中氮的形態、有機碳及有機氮的含量變化很大，但經充分腐熟後水浸提液中有 機碳及有機氮的比值幾乎是一個恆定的值，都在5-6之間。從監測看出，汙泥堆制過程中堆肥水溶性有機碳與有機氮的比值(C/N-org)由明顯下降，堆制前的10.22下降到堆制後的 4.46，可以證明堆肥已經腐熟。Garcia(1996)和Hernandez(2003)等曾在發現幾種不同原材料的腐熟堆肥水溶性碳與全 氮的比值(WSC/TN) <0.3的基礎上，提出可用WSC/TN<0.3作為評價堆肥腐熟度的參數。從 本試驗來看，WSC/TN<0. 3由堆制前的0. 36下降為堆制後的0. 15，也可以證明堆肥已經腐熟。Riffaldi等(1986)曾提出NH/-N的減少和N03—-N的增加可以作為腐熟度的參數，因而這 一參數可作為汙泥堆肥腐熟度評判的輔助性指標。本研究表明，NH/-N與NO:rN之間存在著明 顯的相關性，NH4+-N/冊3一N由0.23上升到0.46。氨化作用強時，硝化作用明顯減弱，氨化的 抑制作用，氨化作用弱時時，硝化作用明顯加強，氨化作用與硝化作用相互抑制。本實施例汙泥堆肥前後評價指標變化如圖2所示。作為進一步研究，我們進行了植物生長響應是否與種子發芽指數的變化具有對應關係的 驗證。汙泥堆肥對GI影響的作用機制為堆肥經過高溫階段以後，植物生長抑制的有毒物質如 小分子的有機酸、醛類物質降解，生長抑制物質消除，從而解除汙泥對種子發芽的抑制。 Jimenaz(1997)和Garcia(2001)認為，堆肥的種子發芽指數達到50%即表示堆肥已基本達到腐 熟，超過80%即表示堆肥已經完全腐熟。如圖3所示，堆制前汙泥對GI抑制作用在第7天時 最大，隨著堆制的進行，GI逐漸升高，21天時GI約50。/。左右，堆肥己基本達到腐熟，35天 後GI達到8(F。，說明堆肥己達到完全腐熟。綜上所述，表徵汙泥堆肥化完成的最實用的判斷指標為當GI〉50。/。而且堆肥通過至少一 周的高溫期，可認為堆肥已經達到腐熟。而這種熟化的汙泥已經完全滿足草毯的生產。 三、無土草毯種植1、 選種與種子處理草種的選擇兩種冬季草種， 一種夏季草種，可以做對比，也可以進行選擇性研究。 選用多年生黑麥草、 一年生黑麥草(冷季型)和狗芽根(暖季型)按比例進行播種， 播量為20—30克/m2，播種前用對種子進行浸種處理。2、 基質與播種根據實際情況選用無紡布作為建植無土草毯的載體。堆肥腐熟後，粉碎機粉碎，過篩後的 粉碎物作為基質。將無紡布均勻鋪於平整的混凝土上，均勻鋪上上述基質，播種，採用相同 基質覆蓋，厚度為2釐米左右。3、 養護管理每天噴水l-2次，始終保持基質溼潤，20天後追施一次複合肥，用量為60克/平方米。 草長到10釐米即開始修剪，修剪高度為5-8釐米.修剪後噴藥一次以防治病蟲害。草毯生長情況記錄3天開始有草萌發日均溫度大約在23度左右7天大多數草露頭日均溫度大約19度左右15天草已經連片日均溫度大約18度22天草毯形成第一次剪草，日均溫度18度45天草毯試驗成功日均溫19度製成的草毯的生物學指標如表2所示:表2播種45天後無土草毯的生物學指標生物學指標多年生黑麥草一年生黑麥草狗芽根發芽天數51015色澤淺綠淺綠深綠密度(株/m2)392238415株高(cm)8.25. 70.8地上部生物量(g/m2)24816454地下部生物量(g/m2)25312943. 權利要求
1、一種基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法，其特徵在於包括如下步驟(1)汙泥堆肥化以汙泥為原料，加入蓬鬆劑，採用強制間歇通風堆肥技術，以得到腐熟的汙泥堆肥，為無土草毯生產提供培養基質；(2)無土草毯建植以步驟(1)得到的汙泥堆肥為培養基質，無紡布為支撐載體，播撒草種，培育無土草毯。
2、 如權利要求1所述的基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法，其特徵在於步驟(1)中所述蓬 松劑為木屑與秸稈，汙泥、木屑、稻草混勻後使用。
3、 如權利要求3所述的基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法，其特徵在於所述蓬鬆劑為木屑與秸稈，汙泥、木屑、稻草按1:0.8:0.2比例混勻。
4、 如權利要求1所述的基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法，其特徵在於步驟(1)中汙泥裝 堆後在表面覆蓋塑料薄膜，採用間隙強制通風法向汙泥堆體供氧。
5、 如權利要求1或4所述的基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法，其特徵在於所述間隙強制通 風法向汙泥堆體供氧的通風頻率為0. 50mV(噸 min)，每隔3小時通風30min。
6、 如權利要求1所述的基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法，其特徵在於步驟(1)中採用種 子發芽指數GI作為汙泥腐熟的評價指標，判斷指標為當GI〉50。/。而且堆肥通過至少1周 的高溫期，認為堆肥已經達到腐熟。
7、 如權利要求1所述的基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法，其特徵在於步驟(2)中堆肥腐 熟後，粉碎、過篩得到粉碎物作為基質，將無紡布均勻平整放置，均勻鋪上上述基質，播 撒草種，釆用相同基質覆蓋，厚度為2釐米左右。每天噴水l-2次，始終保持基質溼潤，草種成長後即成為無土草毯。
全文摘要
本發明提供了一種高效、低成本、環保的基於汙泥堆肥的無土草毯生產方法。包括如下步驟(1)汙泥堆肥化以汙泥為原料，加入蓬鬆劑，採用強制間歇通風堆肥技術，以得到腐熟的汙泥堆肥，為無土草毯生產提供培養基質；(2)無土草毯建植以步驟(1)得到的汙泥堆肥為培養基質，無紡布為支撐載體，播撒草種，培育無土草毯。本發明的優點是1)通過廢物資源效益化，推動環境治理。實現廢棄物的資源高效利用，符合循環經濟的理念與節能減排的要求。2)應用範圍廣、價值大。新型無土草毯材料輕，可以取代傳統草皮進行地面綠化，同時也可以作為橋梁、建築的外皮懸掛，還可以鋪到房頂做綠化。3)管理方便、節約資源。
文檔編號A01G1/12GK101253837SQ20081002695
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月24日 優先權日2008年3月24日
發明者吳文昱, 之 慶, 智 曾 申請人:曾 智;慶 之;吳文昱